人们对明年某个时候天文学家使用美国宇航局的开普勒太空船宣布一项发现抱有很高的期望，这是行星猎人一直在等待的：在类太阳恒星周围的生命可能繁荣的区域发现的第一颗地球大小的系外行星。这颗系外行星几乎肯定离地球太远而无法仔细观察，但这无疑会加速对生命指纹的搜寻——能够表明在宜居带（液态水可以存在的适宜生命区域）的系外行星上是否真的存在生命的化合物。
但是，即使研究人员对系外行星大气中可能存在的生物特征有了更深入的了解，科学家们也面临着一个障碍。一项名为“陆地行星探测器”（TPF）的拟议美国宇航局任务，旨在搜寻环绕附近恒星（距离约为开普勒可发现天体的百分之一）运行的行星上的这些化合物，由于詹姆斯·韦伯太空望远镜（哈勃的继任者）的成本上升，于2007年失去了资金。
TPF将阻挡来自附近类太阳恒星的耀眼光芒，以便拍摄环绕它们的行星的肖像。在一个方案中，一台配备有遮光罩或日冕仪的大型望远镜会遮挡星光，并以反射可见光的形式对行星进行成像。在另一种策略中，几台在信息中飞行的望远镜会协同作用，以消除来自母恒星的红外光，并记录恒星行星在红外波长处辐射的热量。
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TPF收集并分离成其组成波长或光谱的光，可以揭示生物特征的存在。加州大学伯克利分校的杰夫·马西指出，系外行星大气中的水蒸气、氧气和甲烷将提供类生命环境以及类似于地球上的光合作用和呼吸作用等生物过程的证据。
他补充说：“银河系可能充满了微生物生命，但目前我们一无所知。由于预算压力，陆地行星探测器无法在美国或欧洲获得支持，这是现代科学的悲剧。”
生物标记
天文学家仍然希望恢复TPF的某种版本，但据马西估计，该任务需要十年才能重回正轨。与此同时，包括麻省理工学院的莎拉·西格和西雅图华盛顿大学的维多利亚·梅多斯在内的系外行星研究人员的研究正在完善和扩展可能充当不同大小和年龄恒星的系外行星生物标志物的化合物列表。
梅多斯说，由于最初在太阳系以外寻找生命化学标记的机会很少，“我们希望确保我们对生物特征有尽可能好的理解。我们不想被愚弄。”
许多新工作都集中在围绕 M 矮星运行的行星上，M 矮星的质量约为太阳的一半到十分之一，约占银河系所有恒星的 75%。由于 M 矮星比太阳冷得多，它们的宜居带距离它们的距离只有地球距离太阳的十分之一左右。
这种近距离使得 TPF 无法对这些行星成像。但是，现计划于 2018 年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜有机会检查其中一些天体的大气层。新一代的特大型地面望远镜，其镜面为 30 米或更大，最近也已提出。
这些望远镜将尝试研究的一些系外行星具有罕见的排列。与开普勒识别的更遥远的系外行星一样，它们在探测器看到的视野中会定期穿过或凌日它们的母恒星。在凌日期间，星光会过滤通过系外行星的大气层，每种化学成分都会在光中留下自己的印记。该信号非常微弱，但 M 星宜居带中的行星经常凌日，使天文学家能够累积个别观测结果以进行更强的探测。西格说：“M 星的宜居带是我们能够寻找生物特征的第一个地方。”
梅多斯和她的同事在过去几年中对类地行星进行的模拟显示，M 矮星可能更好地保存了一些脆弱的生物标志物，这些标志物很容易被质量更大的恒星的辐射破坏。考虑一下高丰度的甲烷和臭氧同时存在，研究人员在 1965 年首次提出，这是生命的一个有力指标。只有生物活动才能不断维持这两种化合物的高水平，它们很容易相互反应并耗尽原始供应。
M 矮星产生的近紫外线辐射远少于类太阳恒星，近紫外线辐射会将臭氧分子分解为原子氧和氢氧根，并加速甲烷的破坏。梅多斯和她的合作者计算，因此，甲烷的持续时间将延长约 20 倍（约 200 年），并且在围绕 M 矮星的宜居带中，类地行星上的预计浓度将比围绕太阳的宜居带中的同一行星高 200 倍。
梅多斯说，同样，另外两种地球生物特征——氯甲烷和一氧化二氮——在围绕 M 矮星运行的类地行星上也可能更普遍且更容易检测到。
M 星、K 矮星及其他
马萨诸塞州剑桥哈佛-史密森天体物理中心和德国海德堡马克斯·普朗克天文研究所的丽莎·卡尔滕内格表示，目前还没有任何调查在 M 星的宜居带中发现地球大小的行星，需要进行太空任务才能进行彻底的搜索。一项名为凌日系外行星巡天卫星的拟议任务将扫描整个天空，以寻找 M 星以及略大的恒星（称为 K 矮星）周围的地球大小和更大的系外行星。去年，该项目在麻省理工学院的乔治·里克的领导下，获得了美国宇航局 100 万美元的资助，用于进一步研究。
考虑到 M 星以外的因素——西格和梅多斯也扩大了可能的生物特征列表。在 1 月份的《天体生物学》杂志中，西格、北卡罗来纳州格林维尔东卡罗来纳大学的马修·施伦克和英国剑桥的咨询公司 Rufus Scientific 的威廉·贝恩斯指出，大多数研究可能的生物特征气体的研究都将其范围限制在臭氧或氧气、甲烷和一氧化二氮上。这些化合物不仅是地球上生命的主要标志，而且是产生地球上生命能量和结构成分的化学反应的直接产物。然而，地球上的微生物会产生范围更广的气体，西格和她的同事将其标记为次要副产物，这些副产物的产生原因不明，并且可能特定于特定物种。一个地球上的例子是海洋浮游植物产生的二甲基硫。
尽管这些次要副产物在地球上的浓度很小，但它们可能是其他类型宜居系外行星上的主要生物特征。这些想法仍处于初步阶段，但西格和她的合作者认为，系外行星大气中不寻常或复杂分子的高浓度可能是一种新型生物特征。
在 2011 年 6 月的《天体生物学》杂志中，梅多斯和她的合作者也扩大了可能的生物特征的范围。受早期地球在氧气主导地球大气层之前单细胞细菌繁荣的证据的激励，该团队模拟了在贫氧系外行星上寻找生命迹象。他们的研究表明，生物体会产生硫气体，但这些气体并未在系外行星的大气层中积聚。相反，硫化合物在一系列最终产生乙烷的反应中被破坏。梅多斯说，因此应将高乙烷浓度添加到指示生物活动的化合物名单中。实际上，它可能是缺乏氧气的系外行星上生命的主要特征。
总的来说，西格说，“我很兴奋，因为我觉得我们真的快要了解系外行星上的生物特征了。”
“我们正在收集我们需要的所有工具，以便进行预测并指导实际寻找生命迹象的仪器的设计。”